Προσδιορισμός της αποχής του γεωειδούς Ν σε αστική περιοχή

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο προσδιορισμός της αποχής του γεωειδούς Ν στη περιοχή του κέντρου της Αθήνας. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις με το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού GPS (Global Positioning System), σε ένα χωροσταθμικό δίκτυο στο κέντρο της Αθήνας. Το σύνολο της εργασίας παρουσιάζεται σε επτά κεφάλαια : Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά σε κάποιες βασικές έννοιες όπως οι επιφάνειες αναφοράς, αναπτύσσοντας περισσότερο το γεωειδές. Παρουσιάζονται συνοπτικά οι μέθοδοι που έχουν αναπτυχθεί για τον προσδιορισμό της επιφάνειας του γεωειδούς και τα μοντέλα τα οποία χρησιμοποιούνται παγκοσμίως (EGM96 και EGM08). Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται τα βασικά χαρακτηριστικά του συστήματος GPS, οι κύριες πηγές των σφαλμάτων του αλλά και η χρήση του στην υψομετρία. Παρουσιάζονται οι μετρήσεις οι οποίες πραγματοποιούνται και οι μέθοδοι δορυφορικού εντοπισμού που χρησιμοποιούνται. Επίσης, αναλύεται ο τρόπος επεξεργασίας των μετρήσεων αλλά ο έλεγχος των αποτελεσμάτων τους. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται συνοπτική παρουσίαση των παγκόσμιων δικτύων μόνιμων σταθμών αναφοράς και παρουσιάζεται λεπτομερώς το ελληνικό δίκτυο μόνιμων σταθμών HEPOS. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται το πεδίο εφαρμογής και τα ιστορικά στοιχεία ίδρυσης του χωροσταθμικού δικτύου Αθηνών (1920). Παρουσιάζονται οι διαδικασίες εκ νέου εντοπισμού των 18 υψομετρικών αφετηριών όπως επίσης και τα ορθομετρικά τους υψόμετρα όπως αυτά υπολογίστηκαν το 2010. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το σύνολο των εργασιών για τον προσδιορισμό των γεωμετρικών υψομέτρων των 18 υψομετρικών αφετηριών του χωροσταθμικού δικτύου. Αναλύεται η διαδικασία των μετρήσεων και της μετέπειτα επεξεργασίας τους. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται ο υπολογισμός της μεταβολής του τοπικού γεωειδούς αλλά και των αντίστοιχων τιμών που προκύπτουν από τα δύο παγκόσμια μοντέλα γεωειδούς (EGM96 και EGM08). Χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα αυτών των μετρήσεων, δηλαδή τα γεωμετρικά υψόμετρα των κορυφών ενός χωροσταθμικού δικτύου, και γνωρίζοντας τα αντίστοιχα ορθομετρικά τους υψόμετρα κατέστη δυνατός ο προσδιορισμός της αποχής του γεωειδούς από το ελλειψοειδές που χρησιμοποιείται από το παγκόσμιο σύστημα αναφοράς WGS’84 (GRS’80). Δημιουργήθηκε επίσης ένας χάρτης με τις αποχές του γεωειδούς και εξετάστηκε η δυνατότητα προσαρμογής των τιμών του γεωειδούς σε επίπεδο. Επιπλέον, βρέθηκαν οι αντίστοιχες αποχές των κορυφών του δικτύου χρησιμοποιώντας τα δύο παγκόσμια μοντέλα γεωειδούς EGM96 και EGM08. Τέλος, υπολογίστηκαν οι διαφορές ΔΝ των αποχών από τα τρία μοντέλα γεωειδούς καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι το τοπικό μοντέλο εμφανίζει πιο έντονες μεταβολές ενώ τα παγκόσμια προσεγγίζουν το επίπεδο.Το τοπικό αυτό μοντέλο μπορεί στην συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για την μετατροπή γεωμετρικών υψομέτρων σε ορθομετρικά, με αποτέλεσμα να μην είναι υποχρεωτικές οι μετρήσεις μόνο με γεωμετρική χωροστάθμηση αλλά να μπορούν να γίνονται μετρήσεις GPS, οι οποίες είναι λιγότερο χρονοβόρες, παρέχοντας την ίδια ικανοποιητική ακρίβεια.Πραγματοποιείται επίσης σύγκριση των τιμών της αποχής του γεωειδούς που προσδιορίστηκαν από τις μετρήσεις GPS και των αντίστοιχων τιμών που βρέθηκαν από τα παγκόσμια μοντέλα. Στο έβδομο και τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την εκτέλεση της παρούσας διπλωματικής εργασίας, κάποιες προτάσεις καθώς και η χρονική διάρκεια της εργασίας.

The present diploma thesis aims to define the geoid height difference ΔΝ at the centre of Athens. Therefore, measurements were carried out using GPS (Global Positioning System) in a part of the levelling network of Athens, which was established in 1920. The overall work is presented in seven chapters: The first chapter refers to some basic concepts such as reference surfaces, particularly focusing on the geoid. The methods developed for determining the geoid surface as well as the models used globally (EGM96 and EGM08) are presented in brief. The second chapter refers to the basic specifications of the GPS system, the main reasons for its errors and its use in altimetry. The necessary measurements and the global positioning methods that were followed are presented. The third chapter includes a brief presentation of the global permanent networks of fixed reference stations, while the Greek permanent network HEPOS (Hellenic Positioning System) is presented in detail. The fourth chapter describes the scope and the historical information concerning the establishment of the Athens levelling network (est.1920). The procedures for re-positioning the 18 permanent benchmarks as well as their orthometric heights, as they were assessed in 2010, are also presented. The fifth chapter presents the field-works that were necessary for determining the geometric heights of the 18 permanent benchmarks of the levelling network. The procedure for carrying out the measurements as well as their subsequent study is then analyzed. The sixth chapter assesses the local geoid undulation as well as the undulation resulting from the two global geoid models (EGM96 and EGM08). The values of the geoid undulation that was defined by the GPS measurements were compared with the respective values resulting from the global models.The seventh and last chapter presents the conclusions obtained after the completion of the present thesis. The main result was the possibility of carrying out successful measurements using the GPS system in a densely-built urban area such as the centre of Athens, which provides adequate accuracy for most of the topographic activities between 1 and 4 cm. By using the results of these measurements, namely the geometric heights of the benchmarks, and at the same time knowing their respective orthometric heights, the geoid undulation was assessed by the ellipsoid used by the global reference system WGS’84 (GRS’80). Moreover, the respective undulations of the network points were also found with the use of the two global geoid models EGM96 and EGM08. Finally, the ΔΝ geoid differences were assessed from the three geoid models; the conclusion was that the local model demonstrates more dramatic changes, while global models tend to level off. Τhis local model may later be used for turning geometric into orthometric heights, and, as a result, the measurements are not necessary to be carry out by using geometric levelling, but by using the GPS. The latter require less time and provide adequate accuracy of the order of few centimeters.